Meritve hitrosti zvoka osvetljujejo notranjost Zemlje

Raziskovalci so izmerili hitrost zvoka v čistem železu pod pritiski, podobnimi tistim, ki obstajajo na notranji meji Zemljinega jedra. Rezultat nakazuje, da je lahko ta predel jedra obogaten s silicijem in žveplom.

»Morda je presenetljivo, vendar nimamo veliko informacij o središču planeta, na katerem živimo,« pravi Alfred Baron od Center RIKEN Spring-8 na Japonskem. »Kopljemo lahko nekaj kilometrov navzdol, vulkani in tektonika plošč pa lahko dvignejo material iz globin nekaj sto kilometrov, toda tisto, kar leži spodaj, do središča Zemlje približno 6000 km pod našimi nogami, ni dobro razumljeno. ”

Naša trenutna slika Zemljine notranjosti kaže, da je zunanje jedro planeta (nahaja se približno 3000 km nižje) večinoma tekoče železo, z notranjim jedrom iz trdnega železa pod njim. Te informacije dobimo s sledenjem seizmičnih valov iz potresov, ko se širijo po planetu, pri čemer dobimo podatke o gostoti in hitrosti zvoka ter zlasti hitrosti kompresijskega in strižnega valovanja (v_p in v_s oz.). Vendar se tako izmerjene vrednosti ne ujemajo povsem s pričakovanimi za čisto železo po modelu Preliminary Reference Earth (PREM), pojasnjuje Baron. Zato mora biti v jedru prisotno nekaj drugega – po možnosti nekaj manj gostega.

"Kaj je ta material in koliko ga je lahko, so aktivna področja raziskovanja, saj imajo posledice za razumevanje sedanjih lastnosti Zemlje in razvoja sončnega sistema kot celote," pravi.

Izboljšana različica celice z diamantnim nakovalom

Alternativni način raziskovanja obnašanja materialov pri visokih tlakih je uporaba celice z diamantnim nakovalom (DAC). Vendar pa je tudi s tem orodjem potrebno precej spretnosti, da se dosežejo pritiski, primerljivi s tistimi v Zemljinem jedru.

Diamantni senzorji sondirajo snov pri visokih tlakih

V zadnjem delu, vodje projektov Daijo Ikuta, Eiji Ohtani in Alfred Baron sta uporabila izboljšano različico DAC, znanega kot stopničasto poševno nakovalo, v kombinaciji z neelastičnimi meritvami sipanja rentgenskih žarkov in rentgenske difrakcije. Tehnika sipanja rentgenskih žarkov omogoča raziskovalcem opazovanje atomskih gibanj v materialih z uporabo rentgenskih žarkov in je edina metoda za merjenje hitrosti zvoka v kovinah neposredno pod ekstremno statično kompresijo v DAC. Raziskovalci so opravili te meritve v RIKEN-ovem objektu za neelastično sipanje rentgenskih žarkov, Quantum NanoDynamics Beamline na Spring-8 v prefekturi Hyogo.

Te meritve so pokazale, da je pri tlaku 310–327 GPa – najvišji statični tlak, ki je bil kdaj koli dosežen v študijah z uporabo neelastičnega sipanja rentgenskih žarkov in situ Tehnike rentgenske difrakcije – gostota heksagonalno zaprto pakiranega železa je 13.87 g/cm³. Raziskovalci so tudi ugotovili, da v_p in v_s notranjega jedra so približno 4 % oziroma 36 % počasnejše od ustreznih hitrosti čistega železa pri tlakih v notranjem jedru. "Te vrednosti gostote in hitrosti zvoka je mogoče razložiti z dodatkom približno 3 % silicija in 3 % žvepla (po masi) železu v notranjem jedru, kar se lahko zgodi zaradi selektivne obogatitve materiala zaradi rasti notranjega jedra iz zunanje jedro,« pripoveduje Baron Svet fizike.

Rezultati so podrobno opisani v Nature Communications.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/sound-speed-measurements-shed-light-on-earths-interior/